儲(chǔ)能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

儲(chǔ)能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)摘要：我國(guó)大力發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為新的電力工業(yè)的重要組成部分，在提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平、改善經(jīng)濟(jì)效益等方面發(fā)揮著巨大的作用；本文對(duì)目前儲(chǔ)能調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的模型進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析研究，提出了基于狀態(tài)反饋控制算法的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度方法。關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能電源；電網(wǎng)調(diào)度；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)1儲(chǔ)能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)系統(tǒng)在儲(chǔ)能裝置容量和溫度變化范圍內(nèi)，為滿足電網(wǎng)的安全運(yùn)行，需要對(duì)其進(jìn)行合理的配置和優(yōu)化控制。本章將介紹一種基于狀態(tài)空間模型的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，并建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的調(diào)度問(wèn)題。（1）層次分析法。層次分析法是用于解決復(fù)雜的系統(tǒng)描述性規(guī)劃研究的有效工具之一。它是將多目標(biāo)決策問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)單準(zhǔn)則、多個(gè)方案的綜合體，通過(guò)分解各層的因素并給出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，進(jìn)而把若十個(gè)評(píng)價(jià)矩陣組合起來(lái)，形成一個(gè)多輸入單變量的模糊網(wǎng)絡(luò)。在利用層次分析法對(duì)問(wèn)題有了深刻的理解之后，該方法就成為本文所采用的算法中的重要內(nèi)容。（2）粒子群算法的應(yīng)用及發(fā)展前景。由于目前的電力工業(yè)技術(shù)還不成熟，其計(jì)算量大，因此如何利用以圖軟件與數(shù)值計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)來(lái)完成多參數(shù)的求解也是本章的工作重點(diǎn)。2儲(chǔ)能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式為了提高儲(chǔ)能電源與電網(wǎng)調(diào)度的協(xié)調(diào)控制效果，需要建立在一定的約束條件下，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化。（1）協(xié)調(diào)控制要求在儲(chǔ)能裝置容量和規(guī)模一定的情況下，對(duì)系統(tǒng)的能量管理和負(fù)載平衡的要求也相應(yīng)提高。在滿足系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的綜合分析，使其具有良好的靈活性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性等。（2）協(xié)調(diào)控制的目標(biāo)在儲(chǔ)能設(shè)備容量的約束條件下，對(duì)不同的工況，要采取不一樣的調(diào)控方法。當(dāng)系統(tǒng)中的工頻量大于最大限制值時(shí)，應(yīng)采用集中調(diào)節(jié)；當(dāng)系統(tǒng)中的低頻量高于臨界值時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮分散調(diào)峰方式。如果要使分布式電源與可再生能源充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，就要減少負(fù)荷的波動(dòng)范圍，以實(shí)現(xiàn)二者之間的協(xié)調(diào)運(yùn)作。所以需要建立一個(gè)可以根據(jù)需求變化而自動(dòng)調(diào)整的調(diào)度控制器。（3）算法的設(shè)計(jì)原則及程序的簡(jiǎn)單化。對(duì)于傳統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題，一般是先進(jìn)行模型的假設(shè)然后再求解，但是這種做法往往會(huì)增加計(jì)算的工作量，因此必須得通過(guò)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)工具來(lái)解決。3儲(chǔ)能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1儲(chǔ)能電源與電網(wǎng)調(diào)度效益對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其主要任務(wù)是在滿足控制對(duì)象（火電、可再生能源等）的約束條件下，使整個(gè)調(diào)度過(guò)程能夠達(dá)至既節(jié)能又環(huán)保的要求：（1）降低運(yùn)行成本。在保證目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同的工況，采取相應(yīng)的優(yōu)化算法，從而使其盡可能地節(jié)約發(fā)電和輸電設(shè)備的裝機(jī)容量和總的電能損耗。（2）提高負(fù)載率。當(dāng)采用的儲(chǔ)能裝置容量小于需求的最大功率值時(shí)，則需要考慮到電網(wǎng)中的其他電源的消耗情況，通過(guò)合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的“多大分”。（3）減少電力能源的浪費(fèi)及污染。由于目前的環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，國(guó)家提倡綠色出行，因此必須大力發(fā)展新的清潔、低碳的生活方式，比如太陽(yáng)能、風(fēng)能等新的能源；而風(fēng)電作為一種新型的可再生的資源可以有效的解決當(dāng)前的空氣污染以及水土流失的嚴(yán)重現(xiàn)象。3.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能包括：（1）對(duì)蓄電池進(jìn)行管理。在滿廠蓄電池安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，使其充放電過(guò)程更加可靠，并使系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)。（2）對(duì)蓄電池的均衡控制。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，調(diào)節(jié)控制器可以根據(jù)負(fù)荷的變化做出相應(yīng)的調(diào)整措施，以保證整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。（3）對(duì)逆變器的保護(hù)和濾波。逆變器是一種非線性元件，其輸出特性與其工頻整流和濾波器的參數(shù)有關(guān)，因此需要設(shè)計(jì)一款具有濾波能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的電流互感器，以確保開(kāi)關(guān)管在發(fā)生故障時(shí)能準(zhǔn)確動(dòng)作，并為逆變器提供良好的隔離條件。同時(shí)還需考慮器件的耐壓性能，如采用低阻材料、低介電損耗的芯片等。（4）輔助設(shè)備的選型。為提高系統(tǒng)的可靠性及靈活性，需選用功率密度高的元器件，如電容、電感等。3.3電力網(wǎng)規(guī)劃從供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性考慮，儲(chǔ)能系統(tǒng)的建立必須滿足以下條件：（1）電網(wǎng)的頻率在允許范圍之內(nèi)。由于電網(wǎng)的功率波動(dòng)較大，因此要求電壓的穩(wěn)定。（2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?。為了保證在不同的負(fù)荷下，儲(chǔ)能裝置的充放電，需要選擇合適的主次載流元件。（3）在主電路中，要有足夠的容量以使整個(gè)通信線路的負(fù)載均衡。當(dāng)電力網(wǎng)的主接線發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)備用電源可以迅速恢復(fù)。同時(shí)也減少了對(duì)其他器件的干擾和影響。（4）具有較高的抗擾動(dòng)能力。當(dāng)電力網(wǎng)的支路數(shù)較多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)配電自動(dòng)化統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。如果子接線錯(cuò)誤，會(huì)造成子母線或配電設(shè)備損壞。所以應(yīng)該盡量避免。此外還應(yīng)注意的是，直流母線上可能存在一些不穩(wěn)因素，如：母線上有大量的感性電器，以及轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流不正常。這些問(wèn)題都將對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生不良后果。為此設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分了解各種情況，并采取相應(yīng)措施。3.4配電變壓器配電變壓器是變電站中的主要電氣設(shè)備之一，它承擔(dān)著電能的變換和輸送任務(wù)。其基本功能是轉(zhuǎn)換電壓，將電力系統(tǒng)中的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，以降壓后的高壓交流功率向?fù)載供電。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面，配電變壓器的作用十分重要，其性能的好壞直接影響到整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的質(zhì)量和效率。（1）隔離故障。當(dāng)發(fā)生工頻干擾、非安全操作等事故時(shí)，就需要配置相應(yīng)的保護(hù)裝置，來(lái)保證對(duì)用戶的正常工作。（2）控制與調(diào)節(jié)。根據(jù)負(fù)荷變化，及時(shí)切換或切除工頻接線，以提高電網(wǎng)的可靠性；當(dāng)出現(xiàn)停電的情況時(shí)，自動(dòng)切斷并發(fā)出指令，使斷路器跳閘，恢復(fù)生產(chǎn)。（3）檢修。在主開(kāi)關(guān)上安裝狀態(tài)監(jiān)視器，以便隨時(shí)掌握主關(guān)的合態(tài)，并對(duì)主關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。通過(guò)觀察，可以了解主關(guān)的通斷電流，有無(wú)異常發(fā)熱現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)有短路的回路或短路的回路以上都有可能，應(yīng)立即更換鐵心，以防造成損壞。3.5電壓調(diào)節(jié)當(dāng)電網(wǎng)的輸出功率大于負(fù)載的需求量，或電力系統(tǒng)的容量小于電源的能量時(shí)，采用不同的調(diào)節(jié)方式，使其在滿足控制目標(biāo)的前提下，使其在安全范圍內(nèi)，以獲得最佳的動(dòng)態(tài)特性。（1）改變調(diào)節(jié)方法對(duì)電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整是一種最常見(jiàn)的調(diào)控手段，也是目前應(yīng)用最多的調(diào)節(jié)形式。例如：將大電流的交流調(diào)壓改為直流調(diào)壓，可提高電網(wǎng)的傳輸能力，改善電壓穩(wěn)定性。（2）合理選擇調(diào)節(jié)時(shí)間和頻率，以取得最佳的調(diào)節(jié)效果。由于在實(shí)際中，負(fù)荷具有不確定性，因此，必須根據(jù)具體情況來(lái)靈活的配置各種電源的參數(shù)和相應(yīng)的比例關(guān)系，通常包括：最大負(fù)荷波動(dòng)、工頻比的變化、有功無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠绊懙?。這些因素都會(huì)對(duì)電壓的穩(wěn)定產(chǎn)生一定的作用力，所以需要考慮到它們的相互作用，以及相互之間的聯(lián)系與制約。另外還應(yīng)注意到，如果要想實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的開(kāi)關(guān)組數(shù)，就得通過(guò)增加或減少控制器的數(shù)目來(lái)達(dá)到。3.6儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)確定由于儲(chǔ)能系統(tǒng)與其他發(fā)電技術(shù)的不同在于，它具有能量密度高、功率大、體積小等特點(diǎn)。因此在設(shè)計(jì)中，需要考慮到這些特性。（1）容量：儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量是一個(gè)有限的數(shù)量級(jí)，主要是根據(jù)其自身的最大輸出功率來(lái)估算。當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間超過(guò)其額定工作電流時(shí)，應(yīng)通過(guò)相應(yīng)的保護(hù)措施，防止發(fā)生嚴(yán)重的事故；當(dāng)儲(chǔ)存電壓小于一定值時(shí)，應(yīng)允許其進(jìn)行充電或放電，以保證在正常負(fù)荷下持續(xù)供電。（2）溫度：在整個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)于工況的變化有很大的影響因素，所以對(duì)工況的控制也有很高的要求；而對(duì)電力電子裝置來(lái)說(shuō)，則要滿足穩(wěn)態(tài)和熱穩(wěn)定的性能指標(biāo)。（3）負(fù)載：因?yàn)樾铍姵氐某浞烹娺^(guò)程與電網(wǎng)并網(wǎng)的情況有關(guān)，所以要充分利用蓄電池的充放能力，使其能夠承受較大的壓力和電暈。同時(shí)還要注意不可以直接產(chǎn)生電弧，以免造成起火和損壞。如果不能完全避免，還應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)陌踩雷o(hù)措施。4結(jié)語(yǔ)儲(chǔ)能技術(shù)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其發(fā)展和應(yīng)用對(duì)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步起著至關(guān)